С широким распространением литий-ионных аккумуляторов в различных областях применения, их производительность и безопасность привлекают все больше внимания. Электролиты являются важной частью литий-ионных батарей, которые играют роль проводника ионов. Добавление соответствующего количества функциональных добавок в электролит может не только оптимизировать работу батареи, но и повысить ее безопасность и срок службы. Что касается литий-ионных батарей, вы также можете проверить литиевый аккумулятор против NiMH; свинцово-кислотный аккумулятор против литий-ионного; Ионно-натриевый аккумулятор против литий-ионного.
Статья в основном знакомит с понятием, видами, соотношением, функциями электролитные добавки.
Основной состав электролита литиевых батарей
Электролит литий-ионных аккумуляторов обычно состоит из органических растворителей, солей электролита и различных функциональных добавок. В качестве органических растворителей обычно используются карбонаты, такие как винилкарбонат (EC), диметилкарбонат (DMC) и т.д. Электролит аккумулятора Соли обычно представляют собой гексафторфосфат лития (LiPF6).
Однако основные органические растворители и соли электролитов сами по себе не могут удовлетворить требования, предъявляемые к батареям в плане высокой плотность энергии литиевых батарей, высокий жизненный цикл батареи и высокой безопасности, поэтому для улучшения качества необходимо добавлять различные функциональные добавки. производительность батареи.
Основная концепция электролитных добавок
Под добавками к электролиту понимается небольшое количество добавок, добавляемых в электролит для улучшения его электрохимических свойств и повышения качества катодного осаждения. Добавки к электролиту представляют собой некоторые природные или синтетические органические или неорганические соединения, как правило, не участвующие в электродной реакции электролитического процесса, но способные изменять электрохимические характеристики электролитной системы, влиять на условия разряда ионов, благодаря чему электролитический процесс находится в лучшем состоянии.
Добавляя небольшую дозу добавок в электролит литий-ионной батареи, можно целенаправленно улучшить некоторые характеристики батареи, такие как обратимая емкость, совместимость электрода с электролитом, производительность цикла, c-rate литий-ионного аккумулятора и Безопасность литий-ионных аккумуляторов производительность, которая играет очень важную роль в литиевой батарее. Количество добавок в электролит обычно невелико, но они являются незаменимой частью электролитной системы.
Распространенные типы и функции добавок в электролит литиевых батарей
Пленкообразующая добавка
Добавки: Этиленкарбонат (EC), пропиленкарбонат (PC), карбонат винилфторида (FEC) и др.
Основная функция: В процессе первой зарядки и разрядки литиевых батарей пленкообразующая добавка может формировать на поверхности отрицательного электрода стабильную пленку твердого электролитного интерфейса (SEI). Пленка SEI может эффективно предотвратить прямой контакт между электролитом и материалом отрицательного электрода, уменьшить побочные реакции и улучшить стабильность цикла батареи.
Огнезащитная добавка
Добавки: триметилфосфат (TMP), этил гексафторфосфат (FEP), пропил пентафторфосфат (FPP) и др.
Основные функции: Литий-ионные батареи склонны к тепловому выходу из строя при высокой температуре или перезаряде, что приводит к пожару или взрыву. Огнезащитные добавки могут снизить склонность электролита к горению и повысить термическую стабильность и безопасность батареи.
Высоковольтные добавки
Добавки: винилсульфат (VEC), имид лития (LiTFSI) (трифторметилсульфонил) и др.
Основные функции: В условиях высокого напряжения электролит легко разлагается, что негативно сказывается на сроке службы батареи. Высоковольтные добавки могут повысить стабильность электролита, уменьшить количество продуктов разложения, улучшить высоковольтные характеристики и срок службы батареи.
Присадка для защиты от перезаряда
Добавки: п-бензонитрил (PTMN), п-диметилбензойная кислота (DMTB) и др.
Основные функции: При перезарядке батареи эта добавка быстро вступает в реакцию и образует изоляционную пленку, которая препятствует электронной проводимости, предотвращает дальнейший перезаряд батареи, играет роль защиты от перезаряда и повышает безопасность батареи.
Проводящие добавки
Добавки: винилкарбонат (EC), винилфторкарбонат (FEC), фторсульфонат лития (LiFSI) и др.
Основные функции: Проводящие добавки могут улучшить ионную проводимость электролита, снизить внутреннее сопротивление батареи, улучшить скоростные характеристики и низкотемпературные показатели батареи.
Ингибитор осаждения лития
Добавки: этиленкарбонат (EC), винилфторкарбонат (FEC), трифторацетат (TFAE) и др.
Основные функции: В процессе быстрой зарядки и высокоскоростной разрядки металлический литий легко осаждается на поверхности отрицательного электрода, образуя дендриты лития, что приводит к короткому замыканию и угрозе безопасности. Ингибитор осаждения лития может образовывать защитную пленку на поверхности отрицательного электрода, препятствовать образованию литиевых дендритов, повышать безопасность и срок службы батареи.
Синергетический эффект добавок в электролит литиевой батареи
В практических приложениях одна добавка часто не может удовлетворить многочисленные требования к характеристикам батареи, поэтому обычно используется синергетический эффект нескольких добавок.
Например, винилфторкарбонат (FEC) можно использовать не только в качестве пленкообразующей добавки, но и для улучшения проводимости и высоковольтной стабильности электролита. Сочетание огнезащитных добавок и высоковольтных добавок может улучшить термическую стабильность батареи и обеспечить стабильную работу высоковольтная литиевая батарея.
Доля электролита литиевой батареи
Доля VC (винилиденкарбоната), добавляемого в электролит литий-ионной батареи, обычно определяется в зависимости от типа и конструктивных требований батареи. Доля добавления VC в электролит литий-железо-фосфатной батареи составляет 3%-5%, что выше, чем доля добавления 1%-2% в электролит тернарной батареи. Это означает, что в литий-железо-фосфатных батареях доля добавляемого VC обычно составляет от 3% до 5%, а в тернарных батареях доля добавляемого VC составляет от 1% до 2%.
Коэффициент добавления FEC (винилфторкарбоната) обычно используется для улучшения низкотемпературных характеристик электролита и повышения стабильности цикла работы батареи. Количество FEC, добавляемого в электролит, обычно составляет от 2% до 10%. Это соотношение может быть изменено в зависимости от конкретной конструкции и требований к производительности батареи.
Будущее развитие добавок в электролит литиевых батарей
Разработка добавок к электролиту литиевых батарей в области аккумуляторных технологий всегда была активным направлением исследований. В связи с постоянным повышением требований к эксплуатационным характеристикам аккумуляторов будущие добавки к электролитам могут развиваться в следующих направлениях:
Высокая температурная стабильность: В связи с быстрым развитием электромобилей и возобновляемых источников энергии все большее значение приобретает стабильность литиевых батарей в условиях высоких температур. Будущие добавки к электролиту могут быть направлены на повышение термической стабильности электролита и ингибирование реакции разложения и испарения электролита, что позволит продлить срок службы батареи.
Безопасность и долговечность: Безопасность литий-ионных батарей всегда была важной проблемой. Будущие добавки к электролиту могут быть направлены на повышение безопасности батарей. Например, добавки, способные поглощать и затвердевать жидкости, чтобы снизить риск утечек или коротких замыканий в батареях. Кроме того, долговечность также является ключевым фактором, и будущие добавки могут продлить срок службы батареи и ёмкость аккумулятора коэффициент удержания.
Низкотемпературные характеристики: В экстремально холодных условиях производительность литиевых батарей обычно ограничена. В будущем добавки в электролит могут быть направлены на улучшение энергоотдачи и цикличности аккумуляторов при низких температурах, чтобы удовлетворить потребности электромобилей и портативных электронных устройств в экстремально холодных регионах.
Экологичность: Стремясь к устойчивому развитию, будущие добавки к электролитам могут стать более экологичными вариантами. Это включает в себя использование возобновляемых материалов, снижение или отказ от использования токсичных веществ, а также улучшение характеристик деградации добавок для снижения их воздействия на окружающую среду.
Универсальность: Будущие добавки к электролитам могут обладать различными функциями, чтобы удовлетворять потребности различных областей применения. Например, добавки с функцией самовосстановления могут устранять небольшие повреждения батареи и продлевать срок ее службы; добавки с функцией самоощущения могут контролировать и регулировать работу электролита внутри батареи.
Заключение
+86 - 18925002618
